DE102013203002B3 - detonator - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung mit einem eine Primär- und eine Sekundärwicklung aufweisenden Zündtransformator (Tr), mit einem ersten Primärwicklungsanschluss (1) zur Verbindung mit einem ersten Versorgungsspannungspotential (Vbat+) und mit einem zweiten Primärwicklungsanschluss (2) zur Verbindung mit einem zweiten Versorgungsspannungspotential (Vbat–) über ein steuerbares Schaltelement (SE). In erfindungsgemäßer Weise ist ein erster Kondensator (C1) zwischen dem ersten Primärwicklungsanschluss (1) und dem zweiten Versorgungsspannungspotential (Vbat–) und ein zweiter Kondensator (C2) zwischen dem zweiten Primärwicklungsanschluss (2) und dem zweitem Versorgungsspannungspotential (Vbat–) verschaltet.The invention relates to an ignition device with an ignition transformer (Tr) having a primary and a secondary winding, with a first primary winding connection (1) for connection to a first supply voltage potential (Vbat +) and with a second primary winding connection (2) for connection with a second supply voltage potential ( Vbat–) via a controllable switching element (SE). According to the invention, a first capacitor (C1) is connected between the first primary winding connection (1) and the second supply voltage potential (Vbat−) and a second capacitor (C2) is connected between the second primary winding connection (2) and the second supply voltage potential (Vbat−).

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung mit einem eine Primär- und eine Sekundärwicklung aufweisenden Zündtransformator mit einem ersten Primärwicklungsanschluss zur Verbindung mit einem ersten Versorgungsspannungspotential und mit einem zweiten Primärwicklungsanschluss zur Verbindung mit einem zweiten Versorgungsspannungspotential über ein steuerbares Schaltelement.The invention relates to an ignition device having a primary transformer and a secondary winding ignition transformer having a first primary winding terminal for connection to a first supply voltage potential and a second primary winding terminal for connection to a second supply voltage potential via a controllable switching element.

Eine solche Zündvorrichtung ist aus der DE 196 03 113 C2 bekannt. Dort ist vorgeschlagen, statt dem üblichen, in der Zündkerze verbauten Dämpfungswiderstand zur Dämpfung hoher Entladungsstromspitzen während des Zündvorgangs aufgrund der Entladung parasitärer Kapazitäten auf der Sekundärseite des Zündtransformators beziehungsweise zwischen den Wicklungen des Zündtransformators, nahe der Sekundärwicklung eine Pufferspule als Entstörelement vorzusehen.Such ignition device is from the DE 196 03 113 C2 known. There is proposed, instead of the usual, built in the spark plug damping resistor for damping high discharge current peaks during the ignition due to the discharge of parasitic capacitances on the secondary side of the ignition transformer or between the windings of the ignition transformer, near the secondary winding to provide a buffer coil as a suppression element.

Die US 3,882,341 offenbart, eine Dämpfungsspule direkt im Zündkerzenkörper anzuordnen.The US 3,882,341 discloses to arrange a damping coil directly in the spark plug body.

Die US 2009/0 194 082 A1 offenbart demgegenüber, der Primärwicklung des Zündtransformators einen Kondensator parallel zu schalten, um Stromspitzen zu dämpfen.The US 2009/0 194 082 A1 In contrast, the primary winding of the ignition transformer switches a capacitor in parallel to attenuate current spikes.

Aufgrund der niederohmigen Dämpfungsspulen wird einerseits eine gute Dämpfung der durch die parasitären Kapazitäten hervorgerufenen Stromspitzen erreicht, andererseits aber auch eine hohe Verlustleistung in einem Dämpfungswiderstand bei den höheren Zündenergien, wie sie für hochaufgeladene Ottomotoren benötigt werden, vermieden.On the one hand, due to the low-impedance damping coils, a good damping of the current peaks caused by the parasitic capacitances is achieved, but on the other hand, a high power loss in a damping resistor at the higher ignition energies, as required for highly charged gasoline engines, is avoided.

Um eine gute magnetische Kopplung zu erreichen, werden die Wicklungen der Zündspule zumeist koaxial übereinander angeordnet. Die dabei entstehende Kapazität zwischen den Wicklungen bewirkt, dass die Spannungsflanke beim Zusammenbruch der Sekundärspannung von der Sekundärwicklung in die Primärwicklung eingekoppelt wird. Dabei spielt das Übersetzungsverhältnis jedoch keine Rolle; einzig die Größe der Koppelkapazität zählt.In order to achieve a good magnetic coupling, the windings of the ignition coil are usually arranged coaxially one above the other. The resulting capacitance between the windings causes the voltage edge is coupled at the collapse of the secondary voltage from the secondary winding in the primary winding. However, the gear ratio does not matter; only the size of the coupling capacity counts.

Wegen der enormen Spannungsänderung von etwa 20 kV in wenigen Nanosekunden hat selbst eine Koppelkapazität von wenigen Pikofarad großen Einfluss. Hinzu kommt, dass die Zuleitungen zur Zündspule in der Regel 0,5 m bis 1 m lang sind und daher eine effiziente Antenne zur elektromagnetischen Abstrahlung des Störsignales bilden.Because of the enormous voltage change of about 20 kV in a few nanoseconds even a coupling capacity of a few picofarads has a big influence. In addition, the supply lines to the ignition coil are usually 0.5 m to 1 m long and therefore form an efficient antenna for the electromagnetic radiation of the interference signal.

Ein weiteres Problem stellt ein im Sekundärkreis häufig angeordneter Strommesswiderstand dar, an dem die Stromspitze zu einer entsprechenden Spannungsspitze führt.Another problem is a current measuring resistor which is frequently arranged in the secondary circuit and at which the current peak leads to a corresponding voltage peak.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, den Einfluss von Strom- oder Spannungsspitzen zu verringern.It is therefore the object of the invention to reduce the influence of current or voltage peaks.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Zündvorrichtung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ausgebildet.The object is achieved by an ignition device according to claim 1. Advantageous developments are formed in the subclaims.

Gemäß der Erfindung ist bei einer gattungsgemäßen Zündvorrichtung ein erster Kondensator zwischen dem ersten Primärwicklungsanschluss und dem zweiten Versorgungsspannungspotential und ein zweiter Kondensator zwischen dem zweiten Primärwicklungsanschluss und dem zweiten Versorgungsspannungspotential geschaltet. Durch diese Maßnahme erfolgt eine effektive Dämpfung der von der Sekundär- zur Primärseite des Zündtransformators eingekoppelten Störsignale.According to the invention, in a generic ignition device, a first capacitor is connected between the first primary winding terminal and the second supply voltage potential and a second capacitor is connected between the second primary winding terminal and the second supply voltage potential. By this measure, an effective damping of the coupled from the secondary to the primary side of the ignition transformer interference takes place.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen einem ersten Sekundärwicklungsanschluss und dem zweiten Versorgungsspannungspotential eine Parallelschaltung aus einem Messwiderstand und einem Entstörkondensator verschaltet. Durch den dem Messwiderstand parallel geschaltetem Entstörkondensator können am Messwiderstand auftretende hohe Spannungspitzen effektiv gedämpft werden.In a development of the invention, a parallel circuit comprising a measuring resistor and an interference suppression capacitor is connected between a first secondary winding connection and the second supply voltage potential. The interference suppression capacitor connected in parallel with the measuring resistor effectively attenuates high voltage peaks occurring at the measuring resistor.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein zweiter Sekundärwicklungsanschluss mit einer Zündkerze verbunden, die mit einem deren Masseanschluss mit dem zweiten Versorgungsspannungspotential verbindenden Schirmkelch, der die Zündkerze zumindest teilweise umgibt, ausgebildet ist, wobei die Parallelschaltung aus dem Messwiderstand und dem Entstörkondensator als Verbindungselemente zwischen dem Schirmkelch und dem ersten Sekundärwicklungsanschluss ausgeführt ist. Durch diese kurze, gut geschirmte Verbindung zwischen der Masseelektrode der Zündkerze, dem zweiten Versorgungsspannungspotential und dem ersten Sekundärwicklungsanschluss kann effektiv unerwünschte elektromagnetische Störabstrahlungen verhindert werden.In a further advantageous development of the device according to the invention, a second secondary winding connection is connected to a spark plug, which is formed with a ground terminal connecting with the second supply voltage potential umbrella cup, which surrounds the spark plug at least partially, wherein the parallel circuit of the measuring resistor and the suppression capacitor as connecting elements between the umbrella cup and the first secondary winding terminal. This short, well shielded connection between the ground electrode of the spark plug, the second supply voltage potential and the first secondary winding connection can effectively prevent unwanted EMI emissions.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Figur näher erläutert.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment with the aid of a figure.

Die Figur zeigt eine bekannte schaltungstechnische Umsetzung einer Zündvorrichtung mit einem Zündtransformator Tr, dessen Primärwicklung einen ersten Primärwicklungsanschluss 1 und einen zweiten Primärwicklungsanschluss 2 aufweist. Der erste Primärwicklungsanschluss 1 ist mit dem ersten Versorgungsspannungspotential Vbat+ und der zweite Primärwicklungsanschluss 2 über ein steuerbares Schaltelement SE, das im dargestellten Ausführungsbeispiel als IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) ausgebildet ist, mit dem zweiten Versorgungsspannungspotential Vbat– verbunden. Die Versorgungsspannung hat im dargestellten Beispiel einen Wert von 12 V und wird hier direkt von der Fahrzeugbatterie geliefert. Sie kann auch anderer Werte haben. Das Schaltelement SE wird in bekannter Weise von einer nicht dargestellten Ablaufsteuerung mit einem Steuersignal Stsig angesteuert, um nach einer Einschaltzeit, während der der Zündtransformator Tr geladen wird, den Stromfluss durch die Primärwicklung zu unterbrechen, wodurch eine hohe Spannung auf der Sekundärseite des Zündtransformators Tr entsteht, die zu einem Durchbruch an den Elektroden der an der Sekundärseite des Zündtransformators Tr angeschlossenen Zündkerze Zk führt. Aufgrund einer sekundärseitigen parasitären Kapazität Cpar kommt es im ungeschützten Zustand einer solchen Zündvorrichtung zu einer hohen Stromspitze beim Durchbruch an den Elektroden der Zündkerze Zk. Aus diesem Grund ist in der Verbindung zwischen den zweiten Sekundärwicklungsanschluss 4 und der Mittelelektrode der Zündkerze Zk eine Dämpfungsinduktivität Ld mit einem Wicklungswiderstand RL verbaut, wobei diese Dämpfungsinduktivität Ld in vorteilhafter Weise im Zündkerzenkörper als Wicklung auf einem Magnetmaterial mit hoher innerer Dämpfung aufgewickelt ist. Zur Abschirmung der Zuleitung zur Zündkerze ZK ist ein nur schematisch dargestellter Schirmkelch Sk dargestellt, wie er beispielweise aus der DE 90 02 372 bekannt ist.The figure shows a known circuit implementation of an ignition device with an ignition transformer Tr, whose primary winding has a first primary winding connection 1 and a second primary winding terminal 2 having. The first primary winding connection 1 is at the first supply voltage potential Vbat + and the second primary winding terminal 2 via a controllable switching element SE, which is formed in the illustrated embodiment as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), connected to the second supply voltage potential Vbat-. The supply voltage has in the example shown a value of 12 V and is delivered here directly from the vehicle battery. It can also have other values. The switching element SE is driven in a known manner by a flow control, not shown, with a control signal Stsig to interrupt the current flow through the primary winding after a turn-on, during which the ignition transformer Tr is charged, whereby a high voltage on the secondary side of the ignition transformer Tr is formed which results in a breakdown at the electrodes of the spark plug Zk connected to the secondary side of the ignition transformer Tr. Due to a secondary-side parasitic capacitance Cpar, in the unprotected state of such an ignition device, a high current peak occurs when breaking through at the electrodes of the spark plug Zk. For this reason, in the connection between the second secondary winding connection 4 and the center electrode of the spark plug Zk incorporates a damping inductance Ld having a winding resistance RL, this damping inductance Ld being advantageously wound in the spark plug body as a winding on a high internal damping magnetic material. To shield the supply line to the spark plug ZK is shown only schematically illustrated umbrella cup Sk, as he, for example, from DE 90 02 372 is known.

Der erste Sekundärwicklungsanschluss 3 des Zündtransformators Tr ist über eine Diode D sowie einen Strommesswiderstand Rm mit dem zweiten Versorgungsspannungspotential Vbat– verbunden. Um die am Messwiderstand Rm auftretenden Spannungsspitzen aufgrund der beim Zündvorgang auftretenden Stromspitzen zu dämpfen, ist dem Strommesswiderstand Rm in erfindungsgemäßer Weise ein Entstörkondensator Cm parallel geschaltet.The first secondary winding connection 3 of the ignition transformer Tr is connected via a diode D and a current measuring resistor Rm to the second supply voltage potential Vbat-. In order to attenuate the voltage peaks occurring at the measuring resistor Rm due to the current peaks occurring during the ignition process, the current measuring resistor Rm is connected in parallel with a suppression capacitor C m according to the invention.

In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind der Strommesswiderstand Rm und der Entstörkondensator Cm baulich zwischen dem Schirmkelch Sk und dem ersten Sekundärwicklungsanschluss 3 angeordnet, was besonders vorteilhaft erfolgen kann, wenn die Zündvorrichtung direkt auf die Zündkerze ZK aufgesteckt ist, was bei sogenannten top plug coils oder pencil coils der Fall ist.In an advantageous embodiment of the invention, the current measuring resistor Rm and the suppression capacitor Cm are structurally between the umbrella cup Sk and the first secondary winding terminal 3 arranged, which can be particularly advantageous if the ignition device is plugged directly onto the spark plug ZK, which is the case with so-called top plug coils or pencil coils.

Um die auf der Sekundärseite der Zündvorrichtung entstehenden Störsignale, die über die aufeinander gewickelten Windungen der Primär- und Sekundärwicklung kapazitiv auf die Primärseite gekoppelt werden zu dämpfen, ist in erfindunsgsgemäßer Weise der erste Primärwicklungsanschluss 1 über einen ersten Kondensator C1 mit dem zweiten Versorgungsspannungspotential Vbat– das üblicherweise der Masseanschluss ist – und der zweite Primärwicklungsanschluss 2 über einen zweiten Kondensator mit dem zweiten Versorgungsspannungspotential Vbat– verbunden. Da die Kapazität der Kopplung zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung des Zündtransformators Tr längs der gesamten Fläche besteht, hat das primärseitig eingekoppelte Störsignal auch einen Gleichtaktanteil, welcher durch die erfindungsgemäßen Entstörkondensatoren C1, C2 effektiv gedämpft werden kann.In order to attenuate the noise generated on the secondary side of the ignition device, which are capacitively coupled to the primary side via the wound turns of the primary and secondary windings, is in erfindunsgsgemäßer manner, the first primary winding connection 1 via a first capacitor C1 to the second supply voltage potential Vbat - which is usually the ground terminal - and the second primary winding terminal 2 connected via a second capacitor to the second supply voltage potential Vbat-. Since the capacitance of the coupling between the primary and the secondary winding of the ignition transformer Tr is along the entire surface, the interference signal injected on the primary side also has a common mode component which can be effectively damped by the interference suppression capacitors C1, C2 according to the invention.

Alternativ zu den Kondensatoren C1, C2 wäre auch eine Schirmung zwischen den Wicklungen möglich; dabei wird eine leitfähige Folie zwischen den Wicklungen aufgebracht, die jedoch in Wickelrichtung keinen umlaufend Strompfad hat. Diese Schirmwicklung wird mit dem Massepotential beziehungsweise dem zweiten Versorgungsspannungspotential Vbat– verbunden und leitet die kapazitiven Ladeströme ab, so dass die Primärwicklung nicht mehr gestört wird. Allerdings ist dies eine relativ kostspielige Maßnahme und zudem wird die unerwünschte sekundäre Parasitärkapazität vergrößert.As an alternative to the capacitors C1, C2, shielding between the windings would also be possible; In this case, a conductive film is applied between the windings, but in the winding direction has no circumferential current path. This shield winding is connected to the ground potential or the second supply voltage potential Vbat- and derives the capacitive charging currents, so that the primary winding is no longer disturbed. However, this is a relatively expensive measure and also increases the unwanted secondary parasitic capacity.

Claims (7)

Zündvorrichtung – mit einem eine Primär- und eine Sekundärwicklung aufweisenden Zündtransformator (Tr), – mit einem ersten Primärwicklungsanschluss (1) zur Verbindung mit einem ersten Versorgungsspannungspotential (Vbat+) und – mit einem zweiten Primärwicklungsanschluss (2) zur Verbindung mit einem zweiten Versorgungsspannungspotential (Vbat–) über ein steuerbares Schaltelement (SE), gekennzeichnet durch, einen ersten Kondensator (C1), der zwischen dem ersten Primärwicklungsanschluss (1) und dem zweiten Versorgungsspannungspotential (Vbat–) verschaltet ist und durch einen zweiten Kondensator (C2), der zwischen dem zweiten Primärwicklungsanschluss (2) und dem zweitem Versorgungsspannungspotential (Vbat–) verschaltet ist.Ignition device - with a primary transformer and a secondary winding ignition transformer (Tr), - with a first primary winding connection ( 1 ) for connection to a first supply voltage potential (Vbat +) and - to a second primary winding connection ( 2 ) for connection to a second supply voltage potential (Vbat-) via a controllable switching element (SE), characterized by a first capacitor (C1) connected between the first primary winding connection ( 1 ) and the second supply voltage potential (Vbat-) and by a second capacitor (C2) connected between the second primary winding connection ( 2 ) and the second supply voltage potential (Vbat-) is connected. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Mess-Parallelschaltung aus einem Messwiderstand (Rm) und einem Entstörkondensator (Cm), die zwischen einem ersten Sekundärwicklungsanschluss (3) und dem zweiten Versorgungsspannungspotential (Vbat–) verschaltet ist.Ignition device according to Claim 1, characterized by the measuring parallel connection comprising a measuring resistor (Rm) and an interference suppression capacitor (Cm) which are connected between a first secondary winding connection ( 3 ) and the second supply voltage potential (Vbat-) is connected. Zündvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Sekundärwicklungsanschluss (4) über eine Dämpfungsinduktivität (Ld) direkt mit der Mittelelektrode einer Zündkerze (Zk) verbunden ist.Ignition device according to claim 1 or 2, characterized in that a second secondary winding connection ( 4 ) is connected directly to the center electrode of a spark plug (Zk) via an attenuation inductance (Ld). Zündvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsinduktivität (Ld) als Spule in dem Zündkerzenkörper angeordnet ist.Ignition device according to claim 3, characterized in that the damping inductance (Ld) is arranged as a coil in the spark plug body. Zündvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule auf einem Kern aus Magnetmaterial mit hoher innerer Dämpfung aufgewickelt ist. Ignition device according to claim 4, characterized in that the coil is wound on a core of magnetic material with high internal damping. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch kennzeichnet, dass die Zündkerze (Zk) von einem deren Masseanschluss mit dem zweiten Versorgungsspannungspotential (Vbat–) verbindenden Schirmkelch (Sk) zumindest teilweise umgeben ist.Ignition device according to one of Claims 3 to 5, characterized in that the spark plug (Zk) is at least partially surrounded by a shielding cup (Sk) connecting its ground connection with the second supply voltage potential (Vbat). Zündvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess-Parallelschaltung (Rm, Cm) als Verbindungselement zwischen dem Schirmkelch (Sk) mit dem ersten Sekundärwicklungsanschluss (3) ausgeführt ist.Ignition device according to claim 6, characterized in that the measuring parallel circuit (Rm, Cm) as a connecting element between the umbrella cup (Sk) with the first secondary winding terminal ( 3 ) is executed.
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